Phân Tích Đánh Giá Đặc Trưng Cơ Lý Của Đất Sét Mềm Trước và Sau Khi Xử Lý Bằng Phương Pháp Bấc Thấm

Luận văn thạc sĩ phân tích sự thay đổi cơ lý của đất sét mềm sau xử lý bấc thấm và gia tải trước, cung cấp giải pháp cải thiện nền móng.

• Tác giả: Nguyễn Văn Cường
• Người hướng dẫn: PGS. Bùi Trường Sơn
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình ngầm
• Đề tài: Phân Tích Đặc Trưng Cơ Lý Đất Sét Mềm Trước và Sau Khi Xử Lý Bằng Bấc Thấm
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về đất sét mềm và phương pháp bấc thấm

Đất sét mềm là loại đất có tính chất cơ lý đặc trưng, thường gặp trong các công trình xây dựng. Đặc điểm của đất sét mềm là độ dẻo cao, khả năng nén chặt kém và dễ bị lún khi chịu tải trọng. Việc xử lý đất sét bằng phương pháp bấc thấm kết hợp gia tải trước là một trong những giải pháp hiệu quả nhằm cải thiện tính chất cơ lý của loại đất này. Phương pháp này giúp tăng cường khả năng chịu tải và giảm thiểu lún trong quá trình thi công. Theo nghiên cứu, việc áp dụng bấc thấm giúp tạo ra các kênh thoát nước, từ đó rút ngắn thời gian cố kết của đất, làm tăng độ ổn định cho công trình. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng, việc sử dụng bấc thấm có thể cải thiện đáng kể các đặc trưng cơ lý của đất sét mềm.

1.1. Đặc điểm của đất sét mềm

Đất sét mềm thường có độ ẩm cao và chứa nhiều hạt hữu cơ, dẫn đến tính chất cơ lý không ổn định. Đặc điểm này gây khó khăn trong việc thi công và thiết kế công trình. Các thông số như đặc trưng cơ lý của đất sét mềm thường thay đổi theo độ sâu và điều kiện môi trường. Việc phân tích các đặc điểm này là cần thiết để đưa ra các giải pháp xử lý phù hợp. Nghiên cứu cho thấy, khi đất sét mềm bị nén chặt, các đặc trưng cơ lý như sức kháng cắt và độ ẩm sẽ thay đổi, ảnh hưởng đến khả năng chịu tải của công trình. Do đó, việc đánh giá và phân tích các đặc trưng này trước và sau khi xử lý là rất quan trọng.

II. Phân tích sự thay đổi đặc trưng cơ lý của đất sét mềm

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích sự thay đổi đặc trưng cơ lý của đất sét mềm trước và sau khi xử lý bằng phương pháp bấc thấm. Các thí nghiệm được thực hiện tại nhiều công trình khác nhau, cho thấy sự thay đổi rõ rệt trong các thông số như độ ẩm, khối lượng riêng và sức kháng cắt. Kết quả cho thấy, sau khi xử lý, độ ẩm của đất sét giảm đáng kể, trong khi sức kháng cắt tăng lên, cho thấy hiệu quả của phương pháp xử lý. Việc phân tích các số liệu này không chỉ giúp đánh giá hiệu quả của phương pháp bấc thấm, mà còn cung cấp thông tin quý giá cho các kỹ sư trong việc thiết kế và thi công các công trình trên nền đất yếu.

2.1. Kết quả thí nghiệm và phân tích

Các thí nghiệm được thực hiện bao gồm thí nghiệm nén cố kết và thí nghiệm xuyên tĩnh. Kết quả cho thấy, sau khi xử lý bằng bấc thấm, độ ẩm của đất sét mềm giảm từ 110% xuống còn 80%, tương ứng với sự gia tăng sức kháng cắt từ 1,1 t/m² lên 2,3 t/m². Điều này chứng tỏ rằng, phương pháp bấc thấm không chỉ giúp giảm độ ẩm mà còn cải thiện đáng kể khả năng chịu tải của đất sét mềm. Các biểu đồ so sánh trước và sau khi xử lý cho thấy sự thay đổi rõ rệt trong các thông số cơ lý, từ đó khẳng định tính hiệu quả của phương pháp này trong việc xử lý đất sét mềm.

III. Ứng dụng thực tiễn và giá trị của nghiên cứu

Nghiên cứu về sự thay đổi đặc trưng cơ lý của đất sét mềm sau khi xử lý bằng bấc thấm có giá trị thực tiễn cao trong ngành xây dựng. Kết quả nghiên cứu không chỉ cung cấp cơ sở lý thuyết cho các phương pháp xử lý đất yếu mà còn là tài liệu tham khảo quý giá cho các kỹ sư trong việc thiết kế và thi công công trình. Việc áp dụng các phương pháp xử lý hiệu quả sẽ giúp giảm thiểu rủi ro trong xây dựng, đảm bảo an toàn cho các công trình. Hơn nữa, nghiên cứu này cũng mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo về cải thiện tính chất cơ lý của các loại đất yếu khác, từ đó nâng cao hiệu quả trong công tác xây dựng và phát triển hạ tầng.

3.1. Tính ứng dụng trong thực tế

Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc áp dụng phương pháp bấc thấm có thể cải thiện đáng kể tính chất cơ lý của đất sét mềm. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc thiết kế các công trình xây dựng trên nền đất yếu, đặc biệt là trong các khu vực có điều kiện địa chất phức tạp. Các kỹ sư có thể sử dụng thông tin từ nghiên cứu này để đưa ra các giải pháp xử lý phù hợp, từ đó nâng cao hiệu quả và an toàn cho công trình. Việc cải thiện tính chất cơ lý của đất sét mềm không chỉ giúp giảm thiểu lún mà còn tăng cường khả năng chịu tải, đảm bảo sự ổn định cho các công trình xây dựng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Phương pháp xử lý nền đất yếu bằng bấc thấm gia tải trước là một trong những phương pháp xử lý được sử dụng rộng rãi ở khu vực đất yếu phổ biến như các khu vực ở vùng châu thổ Việt Nam. Trong thực tế việc gia tải thường được thực hiện căn cứ vào tốc độ lún của đất thông qua độ cố kết. Do đó, trong công tác xử lý, giá trị độ lún và mức độ cố kết thường được đánh giá thông qua các thiết bị quan trắc. Đối với đất yếu bão hòa nước, khi bị nén chặt do cố kết, các đại lượng khác như tính chất vật lý và các đặc trưng cơ lý cũng thay đổi tương ứng.

Đề tài: “Phân tích đánh giá sự thay đổi đặc trưng cơ lý của đất sét mềm bão hòa nước trước và sau khi xử lý bằng phương pháp bấc thấm kết hợp gia tải trước” được đề nghị thực hiện nhằm đánh giá sự thay đổi các đặc trưng cơ lý sau khi xử lý. Kết quả thí nghiệm ở công trình thực tế và phân tích tổng hợp cho phép rút ra các nhận định có ích cho công tác xử lý. Đây là một yếu tố quan trọng nhằm đánh giá hiệu quả công tác xử lý nền. Ngoài ra dữ liệu này còn là tài liệu tham khảo có giá trị thực tiễn đối với các kỹ sư Địa kỹ thuật.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Dựa vào kết quả khảo sát địa chất, so sánh đánh giá trực tiếp sự thay đổi tính chất cơ lý của đất trước và sau khi xử lý từ các kết quả thí nghiệm đất trong phòng (thí nghiệm các chỉ tiêu vật lý, thí nghiệm nén cố kết, thí nghiệm nén đơn, nén 3 trục (mô hình CU, UU)) và các thí nghiệm hiện trường như xuyên tĩnh điện có đo áp lực nước lỗ rỗng (CPTu), cắt cánh hiện trường (FVT). Trong nội dung luận văn tiến hành tổng hợp phân tích số liệu thí nghiệm thực tế từ kết quả khảo sát địa chất trước và sau khi xử lý. Xây dựng các biểu đồ sự thay đổi tính chất cơ lý của đất trước và sau khi xử lý theo độ sâu. Cơ sở dữ liệu phục vụ đề tài được thu thập từ số lượng lớn kết quả thí nghiệm trước và sau khi xử lý của dự án nhà máy chế biến gỗ MDF Kiên Giang.

-8- Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu được chọn lựa cho luận văn là thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm hiện trường. Trên cơ sở kết quả thí nghiệm tiến hành xây dựng các quan hệ và phân tích đề xuất rút ra các nhận xét đánh giá về xu hướng thay đổi đặc trưng cơ lý đất nền. TỔNG QUAN CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA ĐẤT SÉT MỀM BÃO HÒA NƯỚC TRƯỚC VÀ SAU KHI XỬ LÝ BẰNG PHƯƠNG PHÁP BẤC THẤM KẾT HỢP GIA TẢI TRƯỚC 1.1 Sơ lược phương pháp bấc thấm kết hợp gia tải trước Sự lún cố kết của đất sét mềm bão hòa nước gây bất lợi trong sử dụng các công trình xây dựng và hạ tầng… Do đất sét có hệ số thấm rất bé, quá trình cố kết sơ cấp xảy ra trong thời gian dài đến hàng trăm năm. Ngoài ra, còn phải xét đến quá trình cố kết thứ cấp, đặc biệt là đất bùn sét có hàm lượng hữu cơ cao, độ lún do cố cố kết thứ cấp chiếm tỉ lệ đáng kể.

Để rút ngắn thời gian cố kết sơ cấp, giảm độ lún khi sử dụng công trình, bấc thấm đứng được cắm vào trong đất kết hợp với chất tải trực tiếp hoặc gia tải bằng bơm hút chân không. Trong phương pháp này, bấc thấm đứng tạo thành kênh thoát nước nhân tạo, nước trong lỗ rỗng của đất thoát ra bấc thấm trong quá trính cố kết do sự chênh lệch gradient thủy lực được tạo bởi gia tải trước. Quá trình cố kết diễn ra nhanh hơn do chiều dài đường thấm được rút ngắn. Bấc thấm đứng là một trong 3 loại phổ biến của phương pháp thoát nước đứng phổ biến gồm giếng cát, cát bọc vải địa và bấc thấm đứng.

Bấc thấm đứng được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong công tác xử lý đất yếu trên thế giới. Tại Đông Nam Á, bấc thấm đứng được nghiên cứu bởi các tác giả Choa, và cộng sự (1981), Lee và cộng sự (1989), Woo và cộng sự (1988) tại Singapore; Nicholls (1989) tại Indonesia; Volders (1984), Rahman và cộng sự (1990) tại Malaysia; Belloni và cộng sự(1979) tại Philippines. Đặc biệt tại Bangkok Thái Lan bấc thấm đứng kết hợp gia tải trước được nghiên cứu rất chi tiết bởi Bergado và công sự (1988, 1990a.2 Các kết quả phân tích sự thay đổi tính chất cơ lý của đất trước và sau khi xử lý bằng bấc thấm kết hợp gia tải trước 1.1 Dự án sân bay quốc tế Bangkok 2, Thái Lan (Suvarnabhumi Airport) Dự án Sân bay quốc tế Suvarnabhumi được lên kế hoạch xây dựng từ năm 1960, khởi công năm 2002 và đưa vào hoạt động năm 2006. Dự án nằm trên vùng - 10 - đầm lầy Hổ Mang (thuộc tỉnh Samut Prakan, cách 25 km về phía đông trung tâm thủ đô Bangkok).

Các đặc trưng cơ lý của đất được thể hiện trong hình 1. Vị trí dự án sân bay quốc tế Bangkok (D.T Begado và công sự 1988) Với đặc điểm địa chất trên công tác xử lý đất yếu rất quan trọng, Học viện AIT Thái Lan đã được giao thực hiện ba đập thử nghiệm (TS1, TS2, TS3) với khoảng cách PVD 1,0; 1,2; 1,5m; lưới vuông, chiều dài PVD LPVD=12m. Công tác thực hiện trong 2 năm (1993-1995) nhằm đánh giá hiệu quả của phương pháp PVD - 11 - trước khi thi công đại trà.3 thể hiện mặt bằng bố trí 3 đập thử nghiệm. Trắc ngang điển hình được thể hiện trong hình 1.

Các đặc trưng cơ lý của đất trước xử lý (D.T Begado và công sự 1988) Hình 1. Mặt bằng 3 đập thử nghiệm (Asian Institute of Technology, 1995) - 12 - Hình 1. Trắc ngang điển hình tại đập thử TS3 (Asian Institute of Technology, 1995) Hình 1.5 thể hiện sự thay đổi độ ẩm và sức chống cắt không thoát nước của đất theo thời gian và theo độ sâu tại các đập thử nghiệm. Sau khi công tác thử nghiệm thành công, phương pháp PVD đã được áp dụng cho các hạng mục xử lý đường băng sân bay và đường công vụ của dự án.

Đánh giá sự thay đổi đặc trưng cơ lý của đất trước và sau khi xử lý. Công tác khảo sát địa chất trước và sau khi xử lý đã được tiến hành gồm: lấy mẫu nguyên dạng, thí nghiệm cắt cánh hiện trường, thí nghiệm xuyên CPTu và các thí nghiệm đất trong phòng. Kết quả khảo sát địa chất được thể hiện trên hình 1. Các đặc trưng chính được đánh giá gồm độ ẩm, khối lượng riêng, sức chống cắt không thoát nước, sức kháng mũi từ thí nghiệm CPTu.

Nhìn chung, sau khi xử lý độ ẩm giảm, dung trọng tự nhiên và sức chống cắt không thoát nước của đất tăng. Lớp đất yếu chuyển từ trạng thái chảy, dẻo chảy lên trạng thái dẻo mềm. Trung bình độ ẩm giảm 24% (giảm mạnh ở lớp đất có độ sâu từ 2m đến 8m), dung trọng tăng 13% và sức chống cắt tăng đến 90%. Như kết quả hình 1.7 cho thấy tại đường băng phía Tây công tác xử lý đất yếu hiệu quả cao hơn tại đường băng phía Đông.

- 13 - So sánh sự thay đổi độ ẩm Kết quả thí nghiệm cắt cánh hiện trường Hình 1. Độ ẩm và sức chống cắt Su của đất (1994 và 1996) tại đập thử nghiệm (Asian Institute of Technology, 1996) Hình 1. Sự thay đổi tính chất cơ lý của đất trước và sau khi xử lý tại đường băng phía Tây (Asian Institute of Technology, 1995) - 14 - Hình 1. Sự thay đổi tính chất cơ lý của đất trước và sau khi xử lý tại đường băng phía Đông (Asian Institute of Technology, 1995) Bảng 3.

Sự thay đổi tính chất cơ lý trước và sau khi xử lý Đường Độ ẩm (%) Su (t/m2) Khối lượng riêng (t/m3) băng Trước Sau Thay đổi Trước Sau Thay đổi Trước Sau Thay đổi Phía Tây 110 80 -27% 1,1 2,3 110% 1,4 1,57 12% Phía Đông 113 88 -22% 1,0 1,7 70% 1,4 1,61 15% Sự thay đổi về độ ẩm và sức kháng cắt không thoát nước có thể được tính theo công thức sau dựa trên độ lún hiện trường (Stamatopoulos và Kotzias, 1985) ∆ (1. Trong đó: Su, Su : Trị số ban đầu và giá trị gia tăng sức khánh cắt không thoát nước. - 15 - wn, wn : Giá trị ban dầu và giá trị thay đổi của độ ẩm. G : Tỉ trọng hạt Cc : Chỉ số nén lún của đất  : Độ lún khi gia tải h : Bề dày lớp đất yếu Kết quả xuyên CPTu trước và sau khi xử lý thể hiện trên hình 1.

Kết quả thí nghiệm CPTu trước và sau khi xử lý (Asian Institute of Technology, 1995) 1.2 Dự án đường cao tốc Bangkok-Chonburi tại Thái Lan (1990) Dự án đường cao tốc Bangkok-Chonburi tại Thái Lan được xây dựng năm 1990 dựa trên nguồn vốn vay JICA. Đường cao tốc đi qua vùng đất yếu dày 10m đến 20m (Hình 1. Phương pháp xử lý PVD kết hợp chất tải trực tiếp. Sơ đồ đường cao tốc Bangkok-Chonburi tại Thái Lan (Google map) Hình 1.

Mặt cắt địa chất và các phân đoạn xử lý PVD đường cao tốc Bangkok- Chonburi tại Thái Lan (Begado và công sự 1990a) - 17 - Đoạn 1A/1 Đoạn 1A/2 Hình 1. Kết quả dự báo sự gia tăng sức chống cắt không thoát nước theo phương pháp SHANSEP (Begado và công sự 1990a) - 18 - Kết quả dự báo sự gia tăng sức chống cắt không thoát nước Su trong hình 1.11 được tính toán dự trên phương pháp SHANSEP.12 thể hiện sự gia tăng Su thực tế theo thời gian và theo độ sâu tại Đoạn 1B trên hình 1. Sự gia tăng sức chống cắt không thoát nước tại Đoạn 1B (Begado và công sự 1990a) 1.3 Dự án bồn chứa dầu gần bờ biển Tianjin, Trung Quốc Dự án bồn chứa dầu gần bờ biển Tianjin, Trung Quốc được xây dựng năm 1996 Đoạn I: 30. Mặt bằng xử lý và bố trí thiết bị quan trắc (Chu, J.

(2000)) - 19 - Mặt cắt địa chất gồm 2 lớp đất yếu cần được xử lý. Lớp 1 là lớp bùn sét bồi tụ dày 4 đến 5m, lớp 2 bên dưới lớp này là sét trầm tích biển. Các thông số địa chất của 2 đoạn 1 và 2 được thể hiện trong hình 1. Độ ẩm của đất gần với giới hạn chảy, sức chống cắt không thoát nước Cu thấp, trạng thái chảy.

Tính chất cơ lý theo độ sâu trước khi xử lý (Chu, J.